(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成で軸受隙間の寸法を検出して、検出した軸受隙間の寸法により絞りの流量を制御することで、隙間の変動に関わらず、所望の剛性を維持する静圧軸受を提供する。【解決手段】テーブル３と裏板４に備えた対向する２つの案内面と、案内面に対して軸受隙間を隔てて対向する面を備えたベース２とを備え、案内面に設けたポケット３ａ、４ａに流体を供給してテーブル３を支持する。さらに、２つの案内面に夫々隙間検出ポケットを備える。案内面３ｈに設けられた隙間検出ポケットと裏板４に設けられた隙間検出ポケットを連通し、絞り６を経由して流体を供給する。流体をポケット３ａ、４ａに供給するための流体供給路に可変絞り５を備え、可変絞り５は、隙間検出ポケットの圧力の減少に応じ流量を増加し、隙間検出ポケットの圧力の増加に応じ流量を減少する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材１と前記部材１を挟むように配置された部材２を備え、
前記部材１と前記部材２の２つの対向面部に、前記部材１または前記部材２のいずれか一方に設けられた静圧軸受ポケットを備え、
前記静圧軸受ポケットに流体を供給して前記部材１または前記部材２のいずれかを可動に支持する静圧軸受において、
前記静圧軸受ポケットのランド部と前記部材１の隙間、または前記静圧軸受ポケットのランド部と前記部材２の隙間である軸受隙間を備え、
前記ランド部に夫々隙間検出ポケットを備え、前記部材１を挟む一方の前記ランド部に設けられた隙間検出ポケットと、他方の前記ランド部に設けられた隙間検出ポケットは連通流路により連通し、
前記流体を前記静圧軸受ポケットに供給するための流体供給路に可変絞りを備え、
前記可変絞りは、前記隙間検出ポケットの圧力の減少に応じ流量を増加し、前記隙間検出ポケットの圧力の増加に応じ流量を減少する静圧軸受。
【請求項２】
前記可変絞りは、
前記流体供給路に絞りを経由して連通する流体供給室と、
前記流体供給路に連通し、中央部に突起部を備える流体貯留室と、
前記流体供給室と前記流体貯留室の間を仕切る板ばねと、
前記隙間検出ポケットと前記流体供給室を連通する隙間検出ポケット流路と、
前記突起部に前記静圧軸受ポケットへ連通する流路を備え、
前記板ばねの厚さ方向と直交する面が前記突起部と所定の隙間を隔てて正対し、前記隙間で前記流体の流量を調整する請求項１に記載の静圧軸受。
【請求項３】
前記隙間検出ポケット流路に絞りを備える請求項２に記載の静圧軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変絞りを備えた静圧軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静圧軸受ポケットに流体を供給する流路に設けた可変絞りの流量を、静圧軸受ポケットのランド部と被支持部材の被支持表面間の隙間である軸受隙間の寸法に対応して、電歪素子により制御することで軸受が所定の剛性を維持するようにした静圧軸受がある。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−４８０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来技術では、軸受隙間の寸法を変位センサを用いて検出しているため、静圧軸受ポケットのランド部に変位センサを設置する必要がある。変位センサの取付けスペース分だけ静圧軸受ポケットの占有面積を小さくする必要があり静圧軸受の負荷容量が低下する。また、変位センサの出力を演算して電歪素子を制御するため応答に時間を要する。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で軸受隙間の寸法を検出して、検出した軸受隙間の寸法により可変絞りの流量を制御することで、軸受隙間の変動に関わらず、所望の剛性を維持する静圧軸受を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、部材１と前記部材１を挟むように配置された部材２を備え、
前記部材１と前記部材２の２つの対向面部に、前記部材１または前記部材２のいずれか一方に設けられた静圧軸受ポケットを備え、
前記静圧軸受ポケットに流体を供給して前記部材１または前記部材２のいずれかを可動に支持する静圧軸受において、
前記静圧軸受ポケットのランド部と前記部材１の隙間、または前記静圧軸受ポケットのランド部と前記部材２の隙間である軸受隙間を備え、
前記ランド部に夫々隙間検出ポケットを備え、前記部材１を挟む一方の前記ランド部に設けられた隙間検出ポケットと、他方の前記ランド部に設けられた隙間検出ポケットは連通流路により連通し、
前記流体を前記静圧軸受ポケットに供給するための流体供給路に可変絞りを備え、
前記可変絞りは、前記隙間検出ポケットの圧力の減少に応じ流量を増加し、前記隙間検出ポケットの圧力の増加に応じ流量を減少することである。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記可変絞りは、
前記流体供給路に絞りを経由して連通する流体供給室と、
前記流体供給路に連通し、中央部に突起部を備える流体貯留室と、
前記流体供給室と前記流体貯留室の間を仕切る板ばねと、
前記隙間検出ポケットと前記流体供給室を連通する隙間検出ポケット流路と、
前記突起部に前記静圧軸受ポケットへ連通する流路を備え、
前記板ばねの厚さ方向と直交する面が前記突起部と所定の隙間を隔てて正対し、前記隙間で前記流体の流量を調整することである。
【０００８】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項２に係る発明において、前記隙間検出ポケット流路に絞りを備えることである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項1の静圧軸受によれば、対向する２つのランド部に設けられた隙間検出ポケットは連通しているので、対向する２つの軸受隙間の合計寸法の増減に応じて隙間検出ポケットの圧力が変動する。この圧力変動を検出して可変絞りの流量を増減することで、軸受本体と部材の加工誤差や熱変形で生じる、２つの隙間の合計寸法が変動しても所定の剛性を維持できる。
【００１０】
請求項２の可変絞りを用いると、隙間検出ポケットの圧力変動に連動して板ばねと突起部の隙間が増減することで、静圧軸受ポケットへ流入する流量を調整できる。特別な圧力検出センサや制御手段を備えた流量調整手段を用いることなく静圧軸受ポケットへ流入する流量を調整できる。
【００１１】
請求項３の絞りを備えることで、流体供給室の圧力変動は隙間検出ポケットの圧力変動を増幅した値となり、可変絞りの流量係数の調整幅を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の静圧軸受を用いたテーブル送り装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本実施形態の管路の連通状態を示す図である。
【図６】本実施形態の隙間検出ポケットの詳細を示す図である。
【図７】軸受隙間と軸受剛性の関係を示す図である。
【図８】本実施形態の変形態様の管路の連通状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、本発明をテーブル送り装置に使用した事例で説明する。
図１に示すように、テーブル送り装置１はベース２（部材１）のスライド面にテーブル３（部材２）を摺動自在に搭載し、テーブル３の両端の下部に１対の裏板４（部材２）を取り付けることによりＸ軸方向のみに移動可能にした構造である。
図２に図１のＡ−Ａ断面を示す、この断面位置においては、テーブル３のベース２に対向する案内面３ｈ（ランド部）にポケット３ａ（静圧軸受ポケット）を下向きに２箇所備えており、ポケット３ａのランド部は案内面３ｈが兼ねている。ポケット３ａは可変絞り５を経由して管路７に連通し、管路７はポンプ１０に連結している。ポケット３ａの外周には排出溝３ｂを備えている。
裏板４にもポケット４ａ（静圧軸受ポケット）を上向きに備えており、ポケット４ａのランド部は裏板４のベース２に対向する面が兼ねている。ポケット４ａは可変絞り５を経由して管路７に連通している。ポケット４ａの外周には排出溝４ｂを備えている。ポケット３ａとポケット４ａは同一形状をしている。
テーブル３の側面には水平方向で対向する１対のポケット３ｃを備えている。ポケット３ｃは固定絞り８を経由して管路７に連通している。
以上の図２の断面図で示す構造を、Ｘ軸方向に所定の距離をおいて２式備えている。
【００１４】
図３に図１のＢ−Ｂ断面を示す、この断面位置においては、テーブル３のベース２に対向する案内面３ｈに隙間検出ポケット３ｄを下向きに２箇所、裏板４にも隙間検出ポケット４ｄを上向きに２箇所備えている。隙間検出ポケット３ｄ、４ｄは、上下方向で対向する位置に配置され流路３ｅ、４ｅ（連通流路）により連通している。隙間検出ポケット３ｄと隙間検出ポケット４ｄは同一形状をしている。
以上の図３の断面図で示す構造を、Ｘ軸方向に所定の距離をおいて２式備えている。
【００１５】
図４に可変絞り５とポケット３ａと隙間検出ポケット３ｄの詳細を示す。可変絞り５は、流体貯留室５１ａを備えた可変絞りベース５１と、流体供給室５２ａを設けたキャップ５２を、流体貯留室５１ａと流体供給室５２ａが対向して板ばね５３で区分されるように締結している。可変絞りベース５１は、流体貯留室５１ａの中央部に突起部５１ｂと吐出口５１ｃとを備え、突起部５１ｂと板ばね５３は平行であり、突起部５１ｂと板ばね５３は隙間ｔ２を備えて正対する。流体供給室５２ａは、流路５２ｂと固定絞り６を経由して管路７に連通すると共に、流路５２ｃ、３ｆ、３ｅ（隙間検出ポケット流路）を経由して隙間検出ポケット３ｄに連通している。流体貯留室５１ａは流路５１ｄ流路５２ｄを経由して管路７に連通している。吐出口５１ｃはテーブル３の流入路３ｇを経由してポケット３ａと連通している。
図５に、対抗する１対のポケット３ａ，４ａと隙間検出ポケット３ｄ，４ｄに関する、管路、流路の連通状態を示す。
【００１６】
静圧軸受の作動について説明する。
ここで、水平方向については、従来の静圧軸受方式を用いている。図２において、ポンプ１０が起動して、管路７に流体が供給されると、固定絞り８を経由してポケット３ｃに流体が流入することで、テーブル３はポケット３ｃによりベース２に対して軸受隙間を備えた状態で保持される。
【００１７】
以下に、本発明を適用した上下方向に対向する静圧軸受の作動を説明する。
本発明は、軸受隙間の寸法を検出して、それに応じて絞りの流量係数を調整し、軸受隙間の寸法と絞りの流量係数を所定の関係にすることで所望の軸受剛性とを実現するものである。
【００１８】
軸受隙間の寸法の検出の基本概念を説明する。図６に示すように、流路３ｅ、４ｅで連通され、対向して備えた隙間検出ポケット３ｄ、４ｄに圧力Ｐ０の流体を絞り６を経由して供給する。この時、隙間検出ポケット３ｄ、４ｄから流出する流量の和と絞り６を経由して流入する流量は等しいから、流量をＱとし、隙間検出ポケット３ｄ、４ｄの形状で決まる定数をｋ１、絞り６の形状から決まる定数をｋ２とすると式Ｑ＝ｋ１・Ｐ１・（ｔ１Ｔ３＋ｔ１Ｕ３）＝ｋ２・（Ｐ０−Ｐ１）０．５が成り立つ。これにより、式（ｔ１Ｔ３＋ｔ１Ｕ３）＝ｋ２・（Ｐ０−Ｐ１）０．５／（ｋ１・Ｐ１）が成り立つ。また、軸受隙間ｔ１Ｔとｔ１Ｕの比率ｋ３はテーブル３と裏板４の重量から算出でき、例えばｔ１Ｔ３＝ｋ３・ｔ１Ｕ３となるので、軸受隙間ｔ１Ｔ、ｔ１Ｕを圧力Ｐ１を計測することで求めることができる。
【００１９】
次に、隙間検出ポケット３ｄ、４ｄの圧力Ｐ１を可変絞りの流量調整に直接利用可能にした可変絞り５を用いた静圧軸受の作動について説明する。
図４において、ポンプ１０が起動して、管路７に流体が供給されると、固定絞り６、流路５２ｂを経由して流体供給室５２ａに流入し、流路５２ｄに流入した流体は、流体貯留室５１ａに充満し、さらに、板ばね５３と突起部５１ｂの間の隙間ｔ２と吐出口５１ｃと流路３ｇを経由してポケット３ａに流量Ｑ１で流入する。この時、流体供給室５２ａ内の圧力は固定絞り６により絞られるため低下しＰ１となり、ポケット３ａ内の圧力は板ばね５３と突起部５１ｂの間の隙間ｔ２により絞られるため低下しＰ２となる。板ばね５３と突起部５１ｂの間の隙間ｔ２は、板ばね５３の両面に作用する圧力Ｐ１とＰ０と吐出口５１ｃに作用するポケット３ａの圧力Ｐ２により発生する力と、板ばね５３の弾性回復力とが釣り合うｔ２となる。ポケット３ａ内からは、ポケット３ａとベース２の軸受隙間ｔ１Ｔから流量Ｑ１が排出溝３ｂへ流出する。
以上のことが、裏板４のポケット４ａ部においても同様に起き、ポケット４ａ内からは、ポケット４ａと裏板４の軸受隙間ｔ１Ｕから流量Ｑ２が排出溝３ｂへ流出する。
この結果として、上下方向において、テーブル３はベース２にポケット３ａ部で軸受隙間ｔ１Ｔを備えた状態で保持される。
【００２０】
ここで、軸受隙間ｔ１Ｔ、軸受隙間ｔ１Ｕと流体供給室５２ａ内の圧力Ｐ１には式（ｔ１Ｔ３＋ｔ１Ｕ３）＝ｋ２・（Ｐ０−Ｐ１）０．５／（ｋ１・Ｐ１）の関係がある。このため、軸受隙間ｔ１Ｔに対して誤差ｅＴ、軸受隙間ｔ１Ｕに対して誤差ｅＵが加算されると、式（（ｔ１Ｔ＋ｅＴ）３＋（ｔ１Ｕ＋ｅＵ）３）＝ｋ２・（Ｐ０−Ｐ１）０．５／（ｋ１・Ｐ１）を満足するＰ１となる。すなわち、ｅＴ、ｅＵが、正（軸受隙間が大きくなる）ならＰ１は小さくなり、負（軸受隙間が小さくなる）ならＰ１は大きくなる。
流体供給室５２ａ内の圧力Ｐ１が大きくなると、板ばね５３を突起部５１ｂの方向へ押付ける力が大きくなり、板ばね５３は突起部５１ｂの方向へ弾性変形し板ばね５３と突起部５１ｂの間の隙間ｔ２が小さくなり、ポケット３ａに流入する流体の流量が減少する。
反対に、流体供給室５２ａ内の圧力Ｐ１が小さくなると、板ばね５３と突起部５１ｂの間の隙間ｔ２が大きくなり、ポケット３ａに流入する流体の流量が増大する。
【００２１】
図７に、軸受剛性と軸受隙間の関係を表す剛性特性曲線を示す。ここで、本発明を適用した場合の剛性特性曲線がａで、軸受隙間の変動に応じて流量調整をしない場合がｃである。同一の許容剛性範囲における、許容軸受隙間の範囲は、剛性特性曲線ａにおいてはｂの範囲となり、剛性特性曲線ｃにおいてはｄの範囲となる。このように、本発明によれば軸受隙間の変動が生じても軸受剛性の変動が少なく、軸受隙間の広い範囲にわたり使用可能な静圧軸受を実現できる。
【００２２】
本発明によれば、静圧軸受におけるポケットと対向するベースの軸受隙間の寸法の変動を隙間検出ポケット３ｄ、４ｄの圧力変動により検出できる。この圧力変動に応じてポケット３ａ、４ａに供給する流体の流量を調整することで、加工誤差や熱変形などにより軸受隙間の寸法に誤差を生じても、所望の軸受剛性を維持することが可能となる。
また、本発明の可変絞り５によれば、軸受隙間の変動による隙間検出ポケット３ｄ、４ｄの圧力変動により直接可変絞り５の流量を調整することができ、簡易な構造で軸受隙間の寸法の変動に応じて、ポケット３ａ、４ａに供給する流体の流量を自動的に調整することができる。
【００２３】
以上の説明では、流体供給室５２ａと隙間検出ポケット３ｄ、４ｄを連通する流路には絞りを設けなかったが、図８に示すように、流体供給室５２ａと隙間検出ポケット３ｄ、４ｄを連通する流路に絞り２０を備えてもよい。こうすることで、隙間検出ポケット３ｄ、４ｄの圧力変動を増幅して流体供給室５２ａに伝えることができ、可変絞り５の流量係数の調整幅を大きくできる。
また、直線運動のテーブル送り装置１に応用した例について述べたが、回転軸を支持する静圧軸受けに用いてもよい、この場合、静圧軸受の円周上に４個の隙間検出ポケットを等分に配置し、対向する隙間検出ポケットを連通して圧力を検出すればよい。
【符号の説明】
【００２４】
２：ベース  ３：テーブル  ３ａ，４ａ：ポケット    ３ｄ、４ｄ：隙間検出ポケット    ３ｈ：案内面  ３ｅ、４ｅ：流路  ４：裏板  ５：可変絞り  ６：固定絞り  ７：管路  １０：ポンプ  ５１：可変絞りベース  ５１ａ：流体貯留室  ５１ｂ：突起部  ５１ｃ：吐出口  ５２：キャップ  ５２ａ：流体供給室  ５３：板ばね  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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